清華刷新量子介面糾纏數目紀錄 提高世界紀錄6倍
來源:新京報
薛定諤的貓、愛因斯坦和波爾的辯論……100多年前科學家把量子力學帶進大眾視野，
近日，清華大學段路明教授研究組在量子資訊領域取得重要進展，首次實現了25個量子介面之間的量子糾纏，打破了先前加州理工學院研究組4個量子介面之間糾纏的世界紀錄。
糾纏的量子介面數破世界紀錄
量子、介面、糾纏，這一個個詞彙看起來和我們的生活不沾邊，不過把視角從大變小會容易很多。日常生活中我們的手機有天線介面，電腦有網線介面，介面是資訊傳遞的一個通道。段路明團隊做的就是量子世界裡的介面。
量子介面用於實現量子資訊在傳遞粒子（光子）和存儲粒子（通常為原子）之間的相干轉化，是連接量子記憶體或量子計算單元與光量子通信通道間的重要介面。
2010年，加州理工學院研究組實現了4個量子介面之間的糾纏，代表此前的國際紀錄。此次，清華大學段路明團隊首次實現了25個量子介面之間的量子糾纏，把世界紀錄提高了約6倍。
25個介面意味著，介面更多了，能把大家有效地連接起來。
據段路明教授介紹，量子介面是一個構件，是量子資訊領域的一個基本元器件，量子介面要把存儲資訊的粒子（原子）跟通信的粒子（光子）做有效的量子連接，即產生糾纏。要保證量子介面有效，首先要保證不同類型粒子可以互相糾纏在一起。有糾纏就可以做到量子資訊的傳播，
量子糾纏須純淨可控如“心心相印”
增加量子介面說到底還是要實現量子糾纏，為量子資訊發展再推動一步。
那科學家想要實現的量子糾纏是什麼呢？量子世界有兩個重要特性：量子疊加和量子糾纏。
量子糾纏通俗理解常常被比喻為“遠程心靈感應”，
有這樣屬性的量子糾纏，是資訊傳遞、資訊保密的最重要的基本資源，是實現量子通信和量子電腦的基石。但有效的量子糾纏並不是那麼容易做到的，有效的量子資訊傳播需要高純度的糾纏狀態。“我們需要的糾纏是很純淨可控的糾纏，就像是兩個人之間心心相印。”段路明說。
看起來似乎“遙不可及”的量子互聯網、量子電腦為何吸引了諸多科學家的目光？
量子電腦將突破經典電腦的瓶頸。經典的電腦中，只有0和1，每個比特都是這兩種狀態，但量子可以處在0和1的疊加狀態，那麼這樣操縱的量子比特數目增多，對於某些問題，它就可以通過量子平行計算，以指數增長的形式來提升它的運算速度。
■ 對話
清華大學教授段路明：
最終目標是未來的量子互聯網技術
新京報：量子介面具體是指什麼？
段路明：量子介面用於資訊連接，把不同的量子媒介，通過量子通信通道連接起來，這是一個基本的元器件。
所有資訊裝備都需要介面，例如手機天線介面、網線介面等，我們在量子網路裡也需要介面。把量子的資訊（也就是微觀粒子狀態的資訊）從一種介質，例如量子記憶體，通過介面傳輸到通信的量子比特上。
通信的比特我們通常用的是光子，因為在所有的資訊載體裡，光子跑得最快，最適合做通信的工具。
量子介面要把存儲的粒子和通信的粒子做有效的量子連接，怎麼證明介面有量子性，一種方式就是把量子介面互相糾纏在一起，我們做的就是多個量子介面的量子糾纏，在25個量子介面之間實現量子糾纏。
新京報：25個量子介面之間的量子糾纏，把世界紀錄提高了6倍，是如何做到的？
段路明：我們的實驗思路不同，之前那種方法已經基本到了極限，按照原來那種方法突破比較困難。我們換了一個思路，之前加州理工學院做的是4個介面，是單線排列的。我們用了二維平面的介面陣列，用一種可程式設計的方式，來控制5×5的量子介面陣列，以實現糾纏。
新京報：增加量子介面間的量子糾纏難點在哪？
段路明：隨著量子介面數量增加，實現純淨可控的量子糾纏就很困難。
新京報：可控的量子糾纏是指？
段路明：量子糾纏是我們日常一個很難理解的概念，但在量子信息中是一個很基本的資源，不是很神秘的東西，任何量子粒子通過相互作用都可以產生糾纏，但通常粒子與很多外界的環境粒子糾纏，這種不可控的糾纏導致雜訊。我們需要的是很純淨可控的糾纏，就像是兩個人之間心心相印，建立單線聯繫。
新京報：未來的應用是什麼？
段路明：這個技術在量子資訊研究中是萬里長征的一步，最終的發展目標是未來的量子互聯網技術。要實現這個目標需要一些基本元器件，而糾纏的量子介面提供了一個這樣的元器件。
■ 背景
中國近年量子研究進展
近幾年，全世界都在對量子領域進行探索，量子通信、量子網路在步步構建。
2016年8月，中國自主研製的世界上第一顆空間量子科學實驗衛星“墨子號”升空。“墨子號”的主要應用目標是通過衛星和地面站之間的量子金鑰分發，實現星地量子保密通信，並通過衛星中轉實現可覆蓋全球的量子保密通信。
2017年6月，中國科學院院士、中國科學技術大學教授潘建偉等人利用“墨子號”量子科學實驗衛星在國際上率先成功實現了千公里級的星地雙向量子糾纏分發，並在此基礎上實現了空間尺度下嚴格滿足“愛因斯坦定域性條件”的量子力學非定域性檢驗，在空間量子物理研究方面取得重大突破。
2017年5月3日，中國科學院在上海召開新聞發佈會，宣佈世界首台超越早期經典電腦的光量子電腦在我國誕生。“超越早期經典電腦”是什麼概念？答案是，比人類歷史上第一台電子管電腦（ENIAC）和第一台電晶體電腦（TRADIC）運行速度快10-100倍。
新京報記者 王俊
就像是兩個人之間心心相印。”段路明說。看起來似乎“遙不可及”的量子互聯網、量子電腦為何吸引了諸多科學家的目光？
量子電腦將突破經典電腦的瓶頸。經典的電腦中，只有0和1，每個比特都是這兩種狀態，但量子可以處在0和1的疊加狀態，那麼這樣操縱的量子比特數目增多，對於某些問題，它就可以通過量子平行計算，以指數增長的形式來提升它的運算速度。
■ 對話
清華大學教授段路明：
最終目標是未來的量子互聯網技術
新京報：量子介面具體是指什麼？
段路明：量子介面用於資訊連接，把不同的量子媒介，通過量子通信通道連接起來，這是一個基本的元器件。
所有資訊裝備都需要介面，例如手機天線介面、網線介面等，我們在量子網路裡也需要介面。把量子的資訊（也就是微觀粒子狀態的資訊）從一種介質，例如量子記憶體，通過介面傳輸到通信的量子比特上。
通信的比特我們通常用的是光子，因為在所有的資訊載體裡，光子跑得最快，最適合做通信的工具。
量子介面要把存儲的粒子和通信的粒子做有效的量子連接，怎麼證明介面有量子性，一種方式就是把量子介面互相糾纏在一起，我們做的就是多個量子介面的量子糾纏，在25個量子介面之間實現量子糾纏。
新京報：25個量子介面之間的量子糾纏，把世界紀錄提高了6倍，是如何做到的？
段路明：我們的實驗思路不同，之前那種方法已經基本到了極限，按照原來那種方法突破比較困難。我們換了一個思路，之前加州理工學院做的是4個介面，是單線排列的。我們用了二維平面的介面陣列，用一種可程式設計的方式，來控制5×5的量子介面陣列，以實現糾纏。
新京報：增加量子介面間的量子糾纏難點在哪？
段路明：隨著量子介面數量增加，實現純淨可控的量子糾纏就很困難。
新京報：可控的量子糾纏是指？
段路明：量子糾纏是我們日常一個很難理解的概念，但在量子信息中是一個很基本的資源，不是很神秘的東西，任何量子粒子通過相互作用都可以產生糾纏，但通常粒子與很多外界的環境粒子糾纏，這種不可控的糾纏導致雜訊。我們需要的是很純淨可控的糾纏，就像是兩個人之間心心相印，建立單線聯繫。
新京報：未來的應用是什麼？
段路明：這個技術在量子資訊研究中是萬里長征的一步，最終的發展目標是未來的量子互聯網技術。要實現這個目標需要一些基本元器件，而糾纏的量子介面提供了一個這樣的元器件。
■ 背景
中國近年量子研究進展
近幾年，全世界都在對量子領域進行探索，量子通信、量子網路在步步構建。
2016年8月，中國自主研製的世界上第一顆空間量子科學實驗衛星“墨子號”升空。“墨子號”的主要應用目標是通過衛星和地面站之間的量子金鑰分發，實現星地量子保密通信，並通過衛星中轉實現可覆蓋全球的量子保密通信。
2017年6月，中國科學院院士、中國科學技術大學教授潘建偉等人利用“墨子號”量子科學實驗衛星在國際上率先成功實現了千公里級的星地雙向量子糾纏分發，並在此基礎上實現了空間尺度下嚴格滿足“愛因斯坦定域性條件”的量子力學非定域性檢驗，在空間量子物理研究方面取得重大突破。
2017年5月3日，中國科學院在上海召開新聞發佈會，宣佈世界首台超越早期經典電腦的光量子電腦在我國誕生。“超越早期經典電腦”是什麼概念？答案是，比人類歷史上第一台電子管電腦（ENIAC）和第一台電晶體電腦（TRADIC）運行速度快10-100倍。
新京報記者 王俊